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    工業機器人的重要性也越來越明顯

    2015-10-27 點擊數:2764

      我國已經成為世界公認的制造業大國,但隨著勞動力成本的不斷提高,經濟發展模式和制造產業結構調整勢在必行,發展高科技產業,提高制造業生產自動化水平,由勞動密集型向技術密集型轉變已經成為必由之路。從2010年開始我國工業機器人需求量激增,較2009年增長了1.71倍。國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定中明確指出,“發展戰略性新興產業已成為世界主要搶占新一輪經濟和科技發展制高點的重大戰略”,該決定將“高端裝備制造產業”列為7大戰略性新型產業之一,預計今后10年我國高端裝備制造業的銷售產值將占全部裝備制造業銷售產值的30%以上。工業機器人行業作為高端裝備制造產業的重要組成部分,未來發展空間巨大。

      我國工業機器人發展現狀

      我國的工業機器人研究開始于20世紀70年代,大體可分為4個階段,即理論研究階段、樣機研發階段、示范應用階段和初步產業化階段。

      前期理論研究開始于20世紀70年代至80年代初期,研究單位分布在國內部分高校。這一階段由于當時經濟條件等因素的制約,主要從事工業機器人基礎理論的研究,在機器人運動學、機構學等方面取得了一定的進展,為后續工業機器人的研究奠定了基礎。

      進入20世紀80年代中期,隨著工業發達開始大量應用和普及工業機器人,我國工業機器人的研究政府的重視和支持。組織了對工業機器人需求行業的調研,投入大量的資金開展工業機器人的研究,進入了樣機開發階段。1985年,我國在科技攻關計劃中將工業機器人列入了發展計劃。1986年,我國將智能機器人列入了高技術研究發展計劃,這一階段開展了工業機器人基礎技術、基礎元器件、幾類機器人型號樣機的攻關,先后研制出點焊、弧焊、噴漆、搬運等型號的機器人樣機以及諧波傳動組件、焊接電源等,形成了中國工業機器人發展的一次高潮。

      20 世紀90年代為工業機器人示范應用階段。為促進高技術發展與國民經濟主戰場的密切銜接,確定了特種機器人與工業機器人及其應用工程并重、以應用帶動關鍵技術和基礎研究的發展方針。這一階段共研制出平面關節型裝配機器人、直角坐標機器人、弧焊機器人、點焊機器人及自動引導車等7種工業機器人系列產品,102 種特種機器人,實施了100余項機器人應用工程。其中58項關鍵技術和應用基礎技術研究成果達到國際水平,先后獲得科技進步獎2l項,省部級科技進步獎116項,發明專利38項,實用新型專利125項。同時為了促進國產機器人的產業化,90年代末,建立了9個機器人產業化基地和7個科研基地,包括沈陽自動化研究所的新松機器人公司、哈爾濱博實自動化設備有限責任公司、北京機械工業自動化研究所機器人開發等,為發展我國機器人產業奠定了基礎。

      進入21世紀,中長期科學和技術發展規劃綱要增強自主創新能力這一條主線,著力營造有利于自主創新的政策環境,加快促進企業成為創新主體,大力倡導企業為主體,產學研緊密結合。國內一大批企業或自主研制或與科研院所合作,進入工業機器人研制和生產行列,我國工業機器人進入了初步產業化階段。在這一階段,先后涌現出新松機器人、博實自動化、奇瑞裝備、巨一焊接、廣數、沃迪、青島軟控等數十家從事工業機器人生產的企業。具有代表性的有沈陽新松公司自行開發研制的6臺RD120-A型點焊機器人及II型電阻焊控制器,實現小紅旗、世紀星2種轎車車身組焊線中車身前、后風窗和左、右車門點焊焊裝工作交鑰匙工程。新松AGV機器人,廣泛應用于汽車制造、機械加工、電子、紡織、造紙、卷煙、食品、印刷、圖書出版等行業,占據國內AGV市場70%以上的份額,并進入國際市場,先后出口到美國、韓國、俄羅斯、加拿大等,開創了國產機器人出口的先河。哈爾濱博實自動化裝備股份公司研制的搬運機器人廣泛應用于石化行業粉粒料和橡膠的后處理生產線中,實現年銷售近100臺。天津大學先后開發Diamond, Delta-S和Cross-IV等具有自主知識產權且性能達到國際水平的2~4自由度高速搬運機器人3個系列新產品,在鋰電池分選(天津力神應用),醫藥軟袋(北京雙鶴藥業應用)、果奶和塑性炸藥(云南安化應用)10余條包裝和搬運自動化生產線上成功應用。巨一自動化公司汽車白車身機器人焊裝成套技術已經在一汽、東風、北汽、奇瑞、江淮、長城等國內整車企業與伊朗、埃及等國外的整車企業了廣泛應用,為客戶方提供焊裝生產線40多條。奇瑞裝備有限公司與哈爾濱工業大學合作研制的165kg點焊機器人,已在線應用約50臺, 分別用于焊接、搬運等場合,自主研制出我國一條國產機器人自動化焊接生產線,可實現S11車型左右側圍的生產。上述成果表明了我國工業機器人產業化發展的新局面已初步形成。

      綜上,我國工業機器人的發展經歷了一系列攻關。計劃支持的應用工程開發,奠定了我國獨立自主發展機器人產業的基礎。但是,我國工業機器人在總體技術上與國外水平相比還有很大差距,僅相當于國外90年代中期的水平。目前工業機器人的生產規模仍然不大,多數是單件小批生產,關鍵配套的單元部件和器件始終處于進口狀態,工業機器人的性價比較低。伴隨我國經濟的高速增長,以汽車等行業需求為牽引,我國對工業機器人需求量急劇增加,國際工業機器人知名企業如 ABB、FANAC等紛紛在中國建廠,國外知名品牌工業機器人價格逐年下降,制約了我國工業機器人產業的形成和實現規?;陌l展,我國工業機器人新裝機量近90%仍依賴進口。

      工業機器人的未來走向

      從近幾年國外知名企業推出和正在研制的產品來看,新一代工業機器人正在向智能化、柔性化、網絡化、人性化、編程圖形化發展。

      (1) 結構的模塊化、可重構化。

      研究機構、控制與感知的可重構技術,通過快速重構生成適應新環境、新任務的機器人系統,體現出良好的作業柔性。

      (2) 控制系統的開放化、網絡化。

      研究控制系統的可擴展性、互操作性、可移植性、可裁減性,機器人由獨立系統向群體系統發展。

      (3) 驅動系統的數字化、分散化。

      通過分布式控制、遠程聯網和現場控制,實現機器人驅動系統的數字化和網絡化的運動控制。

      (4) 多傳感器融合的實用化。

      協同感知系統的實用化及可行(特別是針對非線性、非平穩、非正態分布的現實信息)的多傳感器融合算法。

      (5)機器人作業的人性化、集成化。

      研究以人為核心的作業系統,實現作業過程中機器人群體協調、群智能和人機和諧共存。

      (6)人機交互的圖形化、三維全息化。

      全浸入式圖形化環境、三維全息環境建模、真三維虛擬現實裝置以及力、溫度、振動等多物理作用效應人機交互裝置。

      美國、歐洲、日本等國分別在未來工業機器人的研發中強調了新型人機合作的重要性。奧巴馬宣布美國機器人計劃:創造可與人類操作員密切配合的下一代機器人,使機器人更聰明、更安全,作為人類合作者(Co-robot),使工廠工人有能力完成難以實現的關鍵任務。歐洲提出了未來十年建設“歐洲機器人技術平臺EUROP”的戰略規劃,力圖構造出產業工人的Co-Worker,以圖重振歐洲制造業。實現機器人與人共用工具、設備及工作空間,以助手等更為自然的方式為人類提供服務等功能。達到機器人與人類生活行為環境以及人類自身和諧共處的目標。這需要解決多個關鍵問題,包括:機器人本質安全問題,保障機器人與人、環境間的安全共處;任務環境的自主適應問題,自主適應個體差異、任務及生產環境;多樣化器具的操作問題,靈活使用各種器具完成復雜操作;人-機協同問題,準確理解人的需求并主動協助。

      我國工業機器人發展面臨的挑戰

      隨著我國經濟的快速發展和勞動力成本的不斷提高,發展高科技產業,提高制造業生產自動化水平,由勞動密集型向技術密集型轉變已經成為經濟發展模式和制造產業結構調整的必由之路。預計到2014年,為我國工業機器人的發展提供了良好的機遇和巨大的發展空間。為適應我國工業機器人快速發展的需要,我們面臨著多層次的挑戰。

      在認識層面上,機器人是能體現智能制造“高端、智能”特點的核心裝備,“高端裝備制造產業”被列為7 大戰略性新型產業之一,工業機器人行業作為高端裝備制造產業的重要組成部分,自主發展工業機器人技術是提升我國智能制造水平的重要手段。在政府、企業、研究機構等全范圍內形成統一認識,營造科學推進和發展工業機器人的整體氛圍,進而形成工業機器人發展的力量。

      在戰略層面上,智能制造已經成為重點培育和發展的戰略新興產業核心,智能制造對工業機器人化的需求持續快速增長。因此抓住機遇、明確目標、加快步伐、迅速發展;形成工業機器人生產制造的優勢產業鏈;掌握服務于制造業的工業機器人核心技術。

      在應用層面上,目前我國工業機器人應用市場日趨成熟,與國外相比,應用領域較少,產品種類不夠豐富。因此,需要全面布局,探索更廣泛的應用領域以及工業機器人服務于各領域的發展模式、服務內容、共性技術;重點突破,針對國防、航空、航天等領域的制造需求,實現工業機器人核心技術的重點突破;完善結構,建立面向不同應用領域的工業機器人系統級解決方案的研發、生產、市場的完整體系。

      在技術層面上,現代智能制造新理念對工業機器人發展提出諸多新的要求。制造產品的多品種、少量化發展趨勢帶來彈性生產需求,要求工業機器人具有高度柔性和高集成度;制造細分和更加復雜的制造流程要求工業機器人更加智能化、作業精細化;制造業不斷縮短的產品生命周期要求工業機器人具有與之相適應的快速更新和升級能力;工業機器人在提高性能的同時遵循低能耗、低排放為特征的綠色制造理念。

      我國工業機器人產業化思考

      我國工業機器人經歷了近30年的發展,已進入了產業化初期階段,取得多項令人鼓舞的成果,如何抓住我國對工業機器人需求量激增的機遇,實現工業機器人產業的規?;?,仍有許多問題值得思考。

      (1)國內機器人產業化存在制約瓶頸。

      關鍵元部件依賴進口,特別是在高性能交流伺服電機和高精密減速器方面的差距尤為明顯,造成國產工業機器人成本居高不下,嚴重制約了機器人產業的成熟及國際競爭力的形成;部分研究機構或企業為爭取項目資助,過度追求高指標、高性能,使得工業機器人成本過高,甚至高于國外同類產品,造成產品無法推廣應用;在工業機器人諸多技術方面仍然停留在仿制層面,創新能力不足,制約了機器人市場的拓展;近10幾年過分強調工業機器人的系統研發,忽視關鍵技術突破,使得工業機器人某些核心技術處于實驗室階段,制約了機器人產業化進程。

      (2)國內機器人產業化發展有待秩序化。

      伴隨我國對工業機器人需求的迅猛增長,多數企業看好工業機器人市場,大量企業蜂擁而上,并且企業實力良莠不齊,勢必造成國內工業機器人市場的惡性競爭;我國有近百家從事工業機器人研究生產的高校院所和企業,現行的體制造成各家研究過于獨立封閉,機器人研究/研發分散,未能形成合力,同一技術重復研究,浪費大量的研發經費和研發時間;國內多數企業熱衷于大而全,一些具有較好的機器人關鍵部件研發基礎的企業紛紛轉入機器人整機的生產,難以形成工業機器人研制、生產、制造、銷售、集成、服務等有序、細化的產業鏈。

      (3)國內機器人產業化發展策略思考。

      需要在資金、稅收、產品銷售補貼等各個方面出臺相應鼓勵政策,在資金、政策上持續支持,鼓勵企業采用國產機器人;建立真正的產學研用聯盟,形成強大的研究、開發、生產、應用隊伍;現階段應走出追求高指標的誤區,著眼點放在高性價比方面;結合國情,不斷探索機器人應用的新領域和新模式。

      結束語

      從制造業的發展歷程看,我國正處于高速工業化進程中,生產手段必然要經歷機械化、自動化、智能化、信息化的變革,工業制成品也將經歷數量、質量、柔性低成本的發展階段,目前制造業普遍需要技術和設備升級改造,以增強競爭力,提高經濟效益。如何以高質量、低成本、快速反應的手段在市場中生存和發展,已是我國企業不容回避的問題,這些問題為工業機器人的應用提供了巨大的市場需求,也促使我國工業機器人的應用市場日趨成熟,為我國工業機器人產業化提供了難得的機遇,必將在我國改變經濟發展模式、調整產業結構、促進傳統產業優化升級方面發揮極其重大的作用。

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